2022-09-20Java00
请注意,本文编写于 74 天前,最后修改于 74 天前,其中某些信息可能已经过时。

下面是Java线程相关的高频面试题(含答案),你可以用它来好好准备面试。

1.并行和并发有什么区别?

  • 并发:是指多个线程任务在同一个CPU上快速地轮换执行,由于切换的速度非常快,给人的感觉就是这些线程任务是在同时进行的,但其实并发只是一种逻辑上的同时进行;
  • 并行:是指多个线程任务在不同CPU上同时进行,是真正意义上的同时执行。

2.进程和线程的区别与联系?

区别

  • 并发性:不仅进程之间可以并发执行,同一个进程的多个线程之间也可并发执行。

  • 拥有资源:进程是拥有资源的一个独立单位,线程不拥有系统资源,但可以访问隶属于进程的资源。

  • 系统开销:多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。

线程和进程在使用上各有优缺点:线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护;而进程正相反。同时,线程适合于在SMP机器上运行,而进程则可以跨机器迁移。

联系

  • 一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程;

  • 资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源;

  • 处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程;

  • 线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

3.守护线程是什么?

  • 护线程是程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程。所有用户线程停止,进程会停掉所有守护线程,退出程序。

  • 守护线程拥有自动结束自己生命周期的特性,而非守护线程不具备这个特点

应用场景:

JVM 中的垃圾回收线程就是典型的守护线程, 当 JVM 要退出时,垃圾回收线程也会结束自己的生命周期.

4.创建线程有哪几种方式?

1.继承Thread类

2.实现Runnable接口

3.实现Callable接口

4.通过线程池创建线程(ThreadPollExecutor,ExecutorService..)

5.说一下 runnable 和 callable 有什么区别?

  • Runnable和Callable 都是接口,分别提供run方法和call方法

  • Runnable的run方法无返回值,Callable的call方法提供返回值来表示任务运行结果

  • Runnable无法通过throws抛出异常,所有CheckedException必须在run方法内部处理。Callable可直接抛出Exception异常.

  • Runnable可以作为Thread构造器的参数,通过开启新的线程来执行,也可以通过线程池来执行。而Callable通过提交给线程池执行

6.线程有哪些状态?

这里要注意审题,是系统线程状态还是Java中线程的状态?

Java中线程的状态

java.lang.Thread类

public enum State {

    NEW,


    RUNNABLE,


    BLOCKED,

 
    WAITING,


    TIMED_WAITING,


    TERMINATED;
}

操作系统中线程的状态

  • 初始状态(NEW)

    对应 Java中的NEW

  • 可运行状态(READY)

    对应 Java中的 RUNNBALE 状态

  • 运行状态(RUNNING)

    对应 Java中的 RUNNBALE 状态

  • 等待状态(WAITING)

    该状态在 Java中被划分为了 BLOCKEDWAITINGTIMED_WAITING 三种状态

    当线程调用阻塞式 API时,进程(线程)进入等待状态,这里指的是操作系统层面的。从 JVM层面来说,Java线程仍然处于 RUNNABLE 状态

    JVM 并不关心操作系统线程的实际状态,从 JVM 看来,等待CPU使用权(操作系统状态为可运行态)与等待 I/O(操作系统处于等待状态)没有区别,都是在等待某种资源,所以都归入RUNNABLE 状态

  • 终止状态 (DEAD)

    对应 TERMINATED

7.sleep() 和 wait() 有什么区别?

sleep()和wait()都是线程暂停执行的方法。

  • sleep方法属于Thread类中的静态方法,wait属于Object的成员方法。

  • sleep()不涉及线程通信,调用时会暂停此线程指定的时间,但监控依然保持,不会释放对象锁,到时间自动恢复

  • wait() 用于线程间的通信,调用时会放弃对象锁**,进入**等待队列,待调用notify()/notifyAll()唤醒指定的线程或者所有线程,才进入对象锁定池准备重新获得对象锁进入运行状态。

  • wait,notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任何地方使用(使用范围)

  • sleep()方法必须捕获异常InterruptedException,而wait()\notify()以及notifyAll()不需要捕获异常。

8.notify()和 notifyAll()有什么区别?

  • notify() 方法随机唤醒对象的等待池中的一个线程,进入锁池

  • notifyAll() 唤醒对象的等待池中的所有线程,进入锁池

  • 等待池:假设线程A调用了某个对象的wait()方法,线程A就会释放该对象的锁,并进入该对象的等待池,等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
  • 锁池:只有获取了对象的锁,线程才能执行对象的 synchronized 代码,对象的锁每次只有一个线程可以获得,其他线程只能在锁池中等待

9.线程的 run() 和 start() 有什么区别?

  • 调用 start() 方法是用来启动线程的,轮到该线程执行时,会自动调用 run();

  • 调用 run() 方法,无法达到启动多线程的目的,相当于主线程线性执行 Thread 对象的 run() 方法。

  • 一个线程对线的 start() 方法只能调用一次,多次调用会抛出 java.lang.IllegalThreadStateException 异常;而run() 方法没有限制。

10.创建线程池有哪几种方式?

  • 通过Executors工厂方法创建 (阿里巴巴开发规约中不建议使用此种方式创建线程池)

  • 通过new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue) 自定义创建(推荐)

11.Java线程池中submit() 和 execute()方法的区别

两个方法都可以向线程池提交任务

  • execute()方法的返回类型是void,它定义在Executor接口中。

  • submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象,它定义在ExecutorService接口中,它扩展了Executor接口,其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。

12.在 java 程序中怎么保证多线程的运行安全?

程序中保证多线程运行安全的方式:

1.使用安全类,比如 Java. util. concurrent 下的类。

2.使用自动锁 synchronized。

3.使用手动锁 Lock 例如Reentrantlock。

4.保证一个或者多个操作在CPU执行的过程中不被中断。(原子性)

5.保证一个线程对共享变量的修改,另外一个线程能够立刻看到。(可见性)

6.保证程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。(有序性)

注意回答中不能缺少这3种特性

线程的安全性问题体现在:

  • 原子性:一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的特性
  • 可见性:一个线程对共享变量的修改,另外一个线程能够立刻看到
  • 有序性:程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行

13.多线程锁的升级原理是什么?

锁的级别从低到高:

无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

锁分级别原因:

没有优化以前,synchronized是重量级锁(悲观锁),使用 wait 和 notify、notifyAll 来切换线程状态非常消耗系统资源;线程的挂起和唤醒间隔很短暂,这样很浪费资源,影响性能。所以 JVM 对 synchronized 关键字进行了优化,把锁分为 无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁 状态。

在学习并发编程知识synchronized时,我们总是难以理解其实现原理,因为偏向锁、轻量级锁、重量级锁都涉及到对象头,所以了解java对象头是我们深入了解synchronized的前提条件.这篇文章包含了对象头的解析以及锁膨胀过程的解析:

JAVA对象布局之对象头(Object Header)

14. 什么是死锁?什么是活锁? 什么是线程饥饿?

JAVA并发之加锁导致的活跃性问题剖析

15.ThreadLocal 是什么?有哪些使用场景?

1.ThreadLocal 介绍

2.ThreadLocal 应用

3.ThreadLocal 源码解析

3.1解决 Hash 冲突

4.ThreadLocal 特性

5..ThreadLocal 内存泄露问题

java并发之无同步方案-ThreadLocal

16.说一下synchronized底层实现原理?

前置知识,需要了解 对象头.-->JAVA对象布局之对象头(Object Header)

  • 同步代码块是通过 monitorenter 和 monitorexit 指令获取线程的执行权

    monitorenter,如果当前monitor的进入数为0时,线程就会进入monitor,并且把进入数+1,那么该线程就是monitor的拥有者(owner)。

    如果该线程已经是monitor的拥有者,又重新进入,就会把进入数再次+1。也就是可重入的。

    执行monitorexit的线程必须是monitor的拥有者,指令执行后,monitor的进入数减1,如果减1后进入数为0,则该线程会退出monitor。其他被阻塞的线程就可以尝试去获取monitor的所有权。

    monitorexit指令出现了两次,第1次为同步正常退出释放锁;第2次为发生异步退出释放锁;

  • 同步方法通过加 ACC_SYNCHRONIZED 标识实现线程的执行权的控制

    标志位ACC_SYNCHRONIZED,作用就是一旦执行到这个方法时,就会先判断是否有标志位,如果有这个标志位,就会先尝试获取monitor,获取成功才能执行方法,方法执行完成后再释放monitor。在方法执行期间,其他线程都无法获取同一个monitor。归根结底还是对monitor对象的争夺,只是同步方法是一种隐式的方式来实现。

总的来说,synchronized的底层原理是通过monitor对象来完成的

17.synchronized和volatile的区别是什么?

作用:

  • synchronized 表示只有一个线程可以获取作用对象的锁,执行代码,阻塞其他线程。
  • volatile 表示变量在 CPU 的寄存器中是不确定的,必须从主存中读取。保证多线程环境下变量的可见性;禁止指令重排序。

区别:

  • synchronized 可以作用于变量、方法、对象;volatile 只能作用于变量。
  • synchronized 可以保证线程间的有序性、原子性和可见性;volatile 只保证了可见性和有序性,无法保证原子性。
  • synchronized 线程阻塞,volatile 线程不阻塞。

18.synchronized和Lock的区别是什么?

在多线程情况下,锁是线程控制的重要途径。Java为此也提供了2种锁机制,synchronized和lock。

我们这里不讨论具体的实现原理和细节,只讨论它们的区别

如果有小伙伴有兴趣更深入了解它们,请关注公众号宝典

区别

  • lock是一个接口,而synchronized是java的一个关键字。

  • synchronized在发生异常时会自动释放占有的锁,因此不会出现死锁;而lock发生异常时,不会主动释放占有的锁,必须手动来释放锁,可能引起死锁的发生(也称隐式锁和显式锁)

  • lock等待锁过程中可以用interrupt来中断等待,而synchronized只能等待锁的释放,不能响应中断;

  • Lock可以通过trylock来知道有没有获取锁,而synchronized不能;

  • Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。(可以通过readwritelock实现读写分离)

  • 在性能上来说,如果竞争资源不激烈,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(即有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要优于synchronized。在使用时要根据适当情况选择。

  • synchronized 是 JVM 层面实现的;Lock 是 JDK 代码层面实现

  • synchronized使用Object对象本身的wait 、notify、notifyAll调度机制,而Lock可以使用Condition进行线程之间的调度

  • 继上一条,synchronized只有一个阻塞队列,而Lock使用Condition可以有多个阻塞队列

    synchronized和lock的用法区别

    • synchronized:在需要同步的对象中加入此控制,synchronized可以加在方法上,也可以加在特定代码块中,括号中表示需要锁的对象。

    • lock:一般使用ReentrantLock类做为锁。在加锁和解锁处需要通过lock()和unlock()显示指出。所以一般会在finally块中写unlock()以防死锁。

19.说一下 你对atomic 的理解 ?

在JDK5.0之前,想要实现无锁无等待的算法是不可能的,除非用本地库,自从有了Atomic变量类后,这成为可能。

在java.util.concurrent.atomic包下有这些类:

  • 标量类:AtomicBoolean,AtomicInteger,AtomicLong,AtomicReference
  • 数组类:AtomicIntegerArray,AtomicLongArray,AtomicReferenceArray
  • 更新器类:AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater,AtomicReferenceFieldUpdater
  • 复合变量类:AtomicMarkableReference,AtomicStampedReference

拿AtomicInteger来举例,其内部实现不是简单的使用synchronized,而是一个更为高效的方式CAS (compare and swap) + volatile和native方法,从而避免了synchronized的高开销,执行效率大为提升。

/** 
 * Atomically increments by one the current value. 
 * 
 * @return the previous value 
 */  
public final int getAndIncrement() {  
    return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);  
} 

这里直接调用一个叫Unsafe的类去处理,这个类是用于执行低级别、不安全操作的方法集合。尽管这个类和所有的方法都是公开的(public),但是这个类的使用仍然受限,你无法在自己的java程序中直接使用该类,因为只有授信的代码才能获得该类的实例。所以我们平时的代码是无法使用这个类的,因为其设计的操作过于偏底层,如若操作不慎可能会带来很大的灾难,所以直接禁止普通代码的访问,当然JDK使用是没有问题的。

关于CAS 在我的另一篇文章: 什么是CAS,ABA问题怎么解决?

20.说一下 你对Semaphore 的理解 ?

  1. Semaphore就是一个信号量,它的作用是限制某段代码块的并发数
  2. Semaphore有一个构造函数,可以传入一个int型整数n,表示某段代码最多只有n个线程可以访问
  3. 如果超出了n,那么请等待,等到某个线程执行完毕这段代码块,下一个线程再进入
  4. 由此可以看出如果Semaphore构造函数中传入的int型整数n=1,相当于变成了一个synchronized了。

Semaphore类位于java.util.concurrent包下,它提供了2个构造器:

//参数permits表示许可数目,即同时可以允许多少线程进行访问  
public Semaphore(int permits) {  
    sync = new NonfairSync(permits);  
}  
//这个多了一个参数fair表示是否是公平的,即等待时间越久的越先获取许可  
public Semaphore(int permits, boolean fair) {  
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);  
}  
  • Semaphore类中比较重要的几个方法,首先是acquire()、release()方法:
  • acquire()用来获取一个许可,若无许可能够获得,则会一直等待,直到获得许可。
  • release()用来释放许可。注意,在释放许可之前,必须先获获得许可。
//尝试获取一个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false  
public boolean tryAcquire() { };  
//尝试获取一个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false  
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };   
//尝试获取permits个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false  
public boolean tryAcquire(int permits) { };   
//尝试获取permits个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true  
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  
//得到当前可用的许可数目  
public int availablePermits(); 

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